|
МОДЕЛИ В ФИЗИКЕ И ТЕХНОЛОГИИ
Effect of buoyancy force on mixed convection of a variable density fluid in a square lid-driven cavity
[Влияние силы плавучести на смешанную конвекцию жидкости переменной плотности в квадратной каверне с подвижной крышкой]
A. A. Fominab, L. N. Fominaab a T. F. Gorbachev Kuzbass State Technical University,
28 Vesennaya st., Kemerovo, 650000, Russia
b Kemerovo State University,
6 Krasnaya st., Kemerovo, 650043, Russia
Аннотация:
В работе рассматривается задача стационарной смешанной конвекции и теплообмена вязкой теплопроводной жидкости в плоской квадратной каверне с подвижной верхней крышкой. Нагретая верхняя стенка каверны имеет температуру $T_H$, холодная нижняя — $T_0$ ($T_{H}>T_0$), а боковые стенки каверны теплоизолированы. Особенностью задачи является тот факт, что плотность жидкости может принимать произвольные значения в зависимости от величины перегрева крышки каверны. Математическая постановка включает в себя уравнения Навье–Стокса в переменных «скорость–давление» и баланса тепла, сформулированные с учетом несжимаемости течения жидкости и воздействия объемной силы плавучести. Разностная аппроксимация исходных дифференциальных уравнений выполнена методом контрольного объема. Численные решения задачи получены на сетке $501\times 501$ для следующих значений параметров подобия: число Прандтля Pr = 0.70; число Рейнольдса Re = 100, 1000; число Ричардсона Ri = 0.1, 1, 10 и относительный перегрев верхней стенки $(T_{H}-T_0)/T_0=0, 1, 2, 3$. Достоверность полученных результатов подтверждена их сравнением с литературными данными. Представлены подробные картины течения в виде линий тока и изотерм перегрева потока. Показано, что увеличение значения числа Ричардсона (рост влияния силы плавучести) приводит к принципиальному изменению структуры течения жидкости. Также установлено, что учет переменности плотности жидкости приводит к ослаблению влияния роста Ri на трансформацию структуры течения. Это связано с тем, что изменение плотности в замкнутом объеме всегда приводит к возникновению зон с отрицательной плавучестью. Как следствие, конкуренция положительных и отрицательных объемных сил приводит в целом к ослаблению эффекта плавучести. Также проанализировано поведение коэффициентов теплоотдачи (числа Нуссельта) и трения вдоль нижней стенки каверны в зависимости от параметров задачи. Выявлено, что влияние переменности плотности на эти коэффициенты тем больше, чем большие значения при прочих равных условиях принимает число Ричардсона.
Ключевые слова:
уравнения Навье–Стокса, вязкая жидкость, произвольное изменение плотности, теплообмен, смешанная конвекция, каверна с подвижной крышкой, численное моделирование.
Поступила в редакцию: 02.12.2019 Исправленный вариант: 01.03.2020 Принята в печать: 11.03.2020
Образец цитирования:
A. A. Fomin, L. N. Fomina, “Effect of buoyancy force on mixed convection of a variable density fluid in a square lid-driven cavity”, Компьютерные исследования и моделирование, 12:3 (2020), 575–595
Образцы ссылок на эту страницу:
https://www.mathnet.ru/rus/crm803 https://www.mathnet.ru/rus/crm/v12/i3/p575
|
Статистика просмотров: |
Страница аннотации: | 113 | PDF полного текста: | 39 | Список литературы: | 14 |
|